アルカリシリカ反応

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アルカリ骨材反応
(アルカリシリカ反応)
コンクリート工学研究室
岩城 一郎
アルカリ骨材反応とは?
• 劣化現象:反応性シリカ鉱物や炭酸塩岩(ドロマ
イト)を有する骨材がコンクリート中のアルカリ性
溶液と反応して,コンクリートに異常膨張やひび
割れを発生させる現象.アルカリシリカ反応
(ASR)とアルカリ炭酸塩岩反応に大別.(我が
国ではASRの被害実績が多い.以降ASRを中
心に説明)
• 劣化指標:膨張量
ASRのメカニズム
• 骨材中に含まれる反応性シリカと細孔溶液中のア
ルカリNa,Kが反応し,吸水膨張性のゲルを生成→
ゲルの吸水膨張により,コンクリートにひび割れを
発生
• ASRの要因:コンクリート中のアルカリ量,骨材中
の反応性シリカ,水分(3条件が揃った時に進行)
• コンクリート中のアルカリ量:主にセメントから供給
(外部からも供給)→総アルカリ量の規制,コンク
リート中の等価アルカリ量Na2O+0.652K2O
≦3kg/m3
• 骨材中の反応性シリカ:代表例 オパール,クリス
トバライト,トリジマイト,火山ガラス,および石英の
一部等,これらを含む安山岩,流紋岩類等
• 水(細孔中に存在する水,外部から供給される水)
ASRの特徴
• ペシマム(極値)の存在:反応性骨材と非反応
性骨材との混合比がある特定の値の場合,膨
張量が最大→アルカリ量一定の条件下では,
骨材量が多いほど,ゲルの生成量 増大,コン
クリート(モルタル)中の水酸化アルカリ濃度 急
速に低減→シリカを解離する反応が活発でなく
なる.
• (ペシマム量は反応性鉱物の種類によって異な
り,中にはペシマムが存在しないものもある.)
• その他のペシマム現象:水セメント比(空隙が
粗:アルカリイオンの移動容易,膨張圧は作用
しにくいという現象の相互作用)
ASRの対策
• 反応の進行に必要な条件(アルカリ,骨材,水)をそろえない
1.安全と認められる骨材の使用
2.ポルトランドセメントのうち低アルカリ形の使用
3.抑制効果のある混合セメント等(高炉セメント,フライアッシュセ
メント等)の使用
4.コンクリート中のアルカリ総量の規制
• 国土交通省のアルカリ骨材反応対策(H14改正)
土木構造物は上記3,4を優先
(その他構造物は1,3,4のいずれか一つを確認)
• ポゾランおよび高炉スラグ微粉末の使用(水酸化カルシウム量
の低下,アルカリイオン濃度の低下:スラグでは見られない,組
織の緻密化等により説明)
• フライアッシュ:置換率15%以上において十分な抑制効果
• シリカフューム:5%程度の添加により膨張量が大幅低下
• 高炉スラグ微粉末:置換率40%以上で効果確認
ASRの事例
「コンクリート名人養成講座」日経コンストラクションより
小林一輔他共編「コンクリート辞典」オーム社より
新聞記事より
コンクリ内の化学反応で鉄筋破断 山陽新幹線橋脚
広島県大野町内の山陽新幹線の高架橋や橋りょうの橋脚計6基
で、コンクリート内部の化学反応によって鉄筋が破断していたこと
が8日、JR西日本の調べで分かった。セメントのアルカリ成分と骨
材中の鉱物が反応して化学物質を生成し、これが水を含んで膨張
する「アルカリ骨材反応」が原因とみられる。
鉄筋破断があったのは高架橋、橋りょう各2カ所で、いずれも橋
脚上方の先端部。主鉄筋が10-36本破断し、コンクリートのひ
び割れが生じていた。
同社は2000年7月に発見、強度を高めるためコンクリートを充
てんして補修を終えている。
アルカリ骨材反応をめぐっては、全国の国道や高速道路の橋脚
など計約1500基が損傷している疑いがあることが3月、国土交
通省の調査で判明している。(2003年4月8日)
http://www.sankei.co.jp/news/
NHKクローズアップ現代 放送記録より
2003年4月10日(木)放送
鉄筋破断の衝撃
~問われるコンクリートの安全性~
鉄筋コンクリートの安全性を脅かす現象「鉄筋の
破断」が、近畿や北陸の道路橋脚15カ所で見つ
かった。原因は、アルカリ骨材反応というコンクリ
ート内部の膨張によって、鉄筋が引きちぎられた
ためと考えられる。
砂などに含まれる鉱物とセメントが化学反応を起
こし、膨張する現象である。従来は鉄筋があるか
ら構造上は問題ないとされてきたが、今回の調査
結果を受け「建築物が条件によっては崩壊してし
まう危険性もある」と専門家は語る。今回の発見は、
別目的の補修作業中の偶然にすぎない。事態を重く見た国土交通省は3月、緊
急調査を指示した。しかし外見からの破断発見は難しく、その補強法も模索中だ。
社会インフラ全体の見直しに繋がりかねない「鉄筋破断」について考える。 ス
タジオ出演:斎藤 宏保(NHK解説委員) http://www.nhk.or.jp/gendai/
ASRによる劣化の種類とその特徴
コンクリート
・ひび割れ
・変位・変形
・ゲルの滲出
・変色
・ポップアウト
・はく離・はく落
・強度低下
これまで構造物の耐力低下に
直結することはないと考えられ
ていた。
鉄筋
鉄筋腐食
鉄筋の降伏・破断
構造物の耐力そのものに直接
影響を及ぼす。
国、学会での対応
国土交通省
・2003年3月19日記者発表:「アルカリ骨材反応が生じた橋梁に対
する対応について」
・近畿地方整備局に「アルカリ骨材反応橋脚等に関する対策検
討委員会」(委員長:宮川豊章京都大学教授)を設置→道路橋
のアルカリ骨材反応に対する対応要領取りまとめ→全国の橋
梁に対して、調査、補修等を実施するよう通知
土木学会コンクリート委員会
・4月に「アルカリ骨材反応対策小委員会」 (委員長:宮川豊章
京都大学教授)を設置
・メカニズムの解明、鉄筋破断による構造耐力への影響度、必要
な対策の検討→2003年9月に土木学会誌において中間報告
福井県におけるASR床版の劣化事例
11
アルカリシリカ反応で損傷した鋼道路橋RC 床版の調査(北陸保全会議資料より)
NaCl作用下でのASR膨張
従来の試験法で
無害と判定され
ても,外部から
NaClが供給され
ると有害なASR
膨張を引き起こ
す恐れがある.
凍結防止剤(
NaCl)散布を想定
したASR試験方
法(SSW)の提案
12
高炉スラグ微粉末によるASR抑制効果
膨張率(%)
(SSWモルタルバー法)
0.4
0%
40%
0.3
50%
60%
0.2
70%
80%
0.1
モルタルバー法
W /B =50%
粉末度4000cm 2/g
20%N aC l環境下
0
-0.1
全塩分含有量(%)
0
5
10 15 20 25
試験期間(週)
30
W /B =50%
粉末度4000cm 2/g
試験期間26週
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0%
40%
50%
60%
スラグ置換率
70%
80%
• NaCl環境下で
ASR促進
• スラグ置換率
40%以上で顕
著な膨張抑制
効果
• 置換率の増
加に伴い塩分
浸透性が顕
著に改善
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フライアッシュによるASR抑制効果
(SSWコンクリートバー法)
3000
3000
2000
1500
1000
500
0
2500
膨張量(μ)
膨張量(μ)
2500
OPC-55-0
OPC-45-0
OPC-45-15EX
OPC-45-15IN
OPC-45-30IN
OPC-45-0
BB-45-0
BB-45-30IN
2000
1500
1000
500
0
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77
14
促進日数(日)
促進日数(日)